KR20140063765A - Reciprocating positive displacement pump with electric reversing motor - Google Patents

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Abstract

펌프 시스템은 전기 모터, 펌프, 변환기 및 컨트롤러를 포함한다. 전기 모터는 제1 회전 방향 및 반대 제2 회전 방향으로 회전가능한 회전 출력 샤프트를 구비한다. 펌프는 제1 선형 방향 및 반대 제2 선형 방향으로 이동가능한 선형으로 변위가능한 입력 샤프트를 구비한다. 변환기는 출력 샤프트의 제1 회전 방향으로의 회전이 입력 샤프트를 제1 선형 방향으로 병진 운동시키고, 출력 샤프트의 제2 회전 방향으로의 회전이 입력 샤프트를 제2 선형 방향으로 병진 운동시키도록 출력 샤프트를 입력 샤프트에 결합시킨다. 컨트롤러는 입력 샤프트의 왕복 운동을 생성하기 위해 출력 샤프트의 회전을 반복하여 역전시킨다.The pump system includes an electric motor, a pump, a converter, and a controller. The electric motor has a rotation output shaft rotatable in a first rotation direction and an opposite second rotation direction. The pump has a linearly displaceable input shaft movable in a first linear direction and an opposite second linear direction. The converter is configured to cause the output shaft to rotate in a first rotational direction translating the input shaft in a first linear direction and cause rotation of the output shaft in the second rotational direction to translate the input shaft in a second linear direction, To the input shaft. The controller repeats the rotation of the output shaft to produce a reciprocating motion of the input shaft.

Description

전기 역전 모터를 갖춘 왕복 용적식 펌프{RECIPROCATING POSITIVE DISPLACEMENT PUMP WITH ELECTRIC REVERSING MOTOR}RECIPROCATING POSITIVE DISPLACEMENT PUMP WITH ELECTRIC REVERSING MOTOR [0002]

본 개시는 일반적으로 용적식 펌프 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 개시는 왕복 펌프를 위한 구동 시스템과 왕복 운동을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates generally to positive displacement pump systems. More particularly, this disclosure relates to a drive system for reciprocating pumps and a method for controlling reciprocating motion.

용적식 펌프는 고정된 부피의 재료가 팽창 챔버 내로 흡입되고 그것이 수축할 때 챔버 밖으로 밀어내어지는 시스템을 포함한다. 그러한 펌프는 전형적으로 피스톤과 같은 왕복 펌핑 메커니즘 또는 기어 세트와 같은 회전 펌핑 메커니즘을 포함한다. 따라서, 왕복 피스톤 펌프는 펌핑 챔버를 팽창시키고 수축시키도록 피스톤을 구동시킬 수 있는 양방향 입력부를 필요로 한다. 전형적인 펌핑 시스템은 회전 출력 샤프트를 갖춘 모터와 같은 회전 입력부에 의해 구동된다. 모터는 압축 공기에 의해 작동되는 공기 모터 또는 교류 전류에 의해 작동되는 전기 모터로서 종래 방식으로 구성된다. 따라서, 회전 입력부는 출력 샤프트의 일방향 회전이 왕복 운동으로 변환될 것을 필요로 한다. 이는 그라코 인크.(Graco Inc.)에게 양도된, 레르케(Lehrke) 등에게 허여된 미국 특허 제5,145,339호에 기재된 것과 같은 크랭크샤프트 또는 캠 시스템의 사용에 의해 종래 방식으로 달성된다. 공기 모터는 모터가 압축기를 구동시킬 필요성, 압축 공기의 회전 운동으로의 변환의 필요성 및 회전 운동의 왕복 운동으로의 변환의 필요성으로 인해 에너지 소비에 있어 비효율적이다. 또한, 공기 모터와 이것들에 동력을 공급하는 압축기는 바람직하지 않은 양의 소음을 유발하고, 공기의 수축 및 팽창으로 인한 착빙(icing)에 관한 문제를 겪을 수 있다. 전기 모터는 공기 모터를 넘는 에너지 효율을 달성하지만, 여전히 일방향 회전을 펌프를 위한 양방향 왕복 선형 운동으로 변환시키기 위한 복잡한 기계 장치를 필요로 한다. 따라서, 용적식 펌프를 왕복 운동시키기 위한 개선된 구동 시스템이 필요하다.A positive displacement pump includes a system in which a fixed volume of material is drawn into the expansion chamber and pushed out of the chamber as it shrinks. Such a pump typically includes a rotary pumping mechanism, such as a reciprocating pumping mechanism or gear set, such as a piston. Accordingly, the reciprocating piston pump requires a bi-directional input that can drive the piston to expand and contract the pumping chamber. A typical pumping system is driven by a rotary input, such as a motor with a rotary output shaft. The motor is conventionally constructed as an air motor driven by compressed air or an electric motor driven by an alternating current. Thus, the rotation input section requires that the one-way rotation of the output shaft be converted into a reciprocating motion. This is accomplished in a conventional manner by the use of a crankshaft or cam system such as that described in U.S. Patent No. 5,145,339 to Lehrke et al., Assigned to Graco Inc. Air motors are inefficient in energy consumption due to the need for the motors to drive the compressor, the need for conversion into rotational motion of the compressed air, and the need for conversion to reciprocal motion of rotational motion. In addition, air motors and compressors that power them can cause undesirable amounts of noise and can suffer from icing due to air contraction and expansion. An electric motor achieves energy efficiency over an air motor, but still requires a complex mechanism to convert one-way rotation into bidirectional reciprocating linear motion for the pump. Accordingly, there is a need for an improved drive system for reciprocating a positive displacement pump.

펌프 시스템은 전기 모터, 펌프, 변환기 및 컨트롤러를 포함한다. 전기 모터는 제1 회전 방향 및 반대 제2 회전 방향으로 회전가능한 회전 출력 샤프트를 구비한다. 펌프는 제1 선형 방향 및 반대 제2 선형 방향으로 이동가능한 선형으로 변위가능한 입력 샤프트를 구비한다. 변환기는 출력 샤프트의 제1 회전 방향으로의 회전이 입력 샤프트를 제1 선형 방향으로 병진 운동시키고, 출력 샤프트의 제2 회전 방향으로의 회전이 입력 샤프트를 제2 선형 방향으로 병진 운동시키도록 출력 샤프트를 입력 샤프트에 결합시킨다. 컨트롤러는 입력 샤프트의 왕복 운동을 생성하기 위해 출력 샤프트의 회전을 반복하여 역전시킨다.The pump system includes an electric motor, a pump, a converter, and a controller. The electric motor has a rotation output shaft rotatable in a first rotation direction and an opposite second rotation direction. The pump has a linearly displaceable input shaft movable in a first linear direction and an opposite second linear direction. The converter is configured to cause the output shaft to rotate in a first rotational direction translating the input shaft in a first linear direction and cause rotation of the output shaft in the second rotational direction to translate the input shaft in a second linear direction, To the input shaft. The controller repeats the rotation of the output shaft to produce a reciprocating motion of the input shaft.

펌프를 작동시키는 방법은 전기 모터로의 전류 흐름 방향을 반복하여 역전시켜 모터의 출력 샤프트의 회전을 시계 방향 및 반시계 방향으로 교번시키는 단계, 및 출력 샤프트의 교번 회전을 펌프 샤프트의 왕복 선형 운동으로 변환시키는 단계를 포함한다.The method of operating the pump includes repeatedly reversing the direction of current flow to the electric motor to alternate clockwise and counterclockwise rotation of the output shaft of the motor and alternating rotation of the output shaft with reciprocating linear motion of the pump shaft .

도 1은 운동 변환기를 통해 양방향 전기 모터에 의해 구동되는 용적식 펌프를 갖춘 펌핑 시스템의 개략도이다.
도 2는 선형 변위 피스톤 펌프가 브러시리스 DC 모터에 의해 구동되는 도 1의 구성에 따른 펌핑 시스템의 사시도이다.
도 3은 브러시리스 DC 모터의 출력 샤프트를 선형 변위 피스톤 펌프의 입력 샤프트에 결합시키기 위한 기어 감속 시스템을 도시한 도 2의 펌핑 시스템의 분해도이다.
도 4는 기어 감속 시스템에 의해 연결되는 출력 샤프트의 피니언 기어 및 입력 샤프트의 랙 기어를 도시한 도 3의 펌핑 시스템의 사시도이다.
도 5a는 도 2-4의 브러시리스 DC 모터로의 입력 전류 극성 대 시간을 도시한 그래프이다.
도 5b는 도 2-4의 선형 변위 피스톤 펌프의 펌프 샤프트의 스트로크 대 시간을 도시한 그래프이다.1 is a schematic diagram of a pumping system with a positive displacement pump driven by a bi-directional electric motor through a motion transducer.
Figure 2 is a perspective view of a pumping system according to the configuration of Figure 1, in which the linear displacement piston pump is driven by a brushless DC motor.
Figure 3 is an exploded view of the pumping system of Figure 2 showing a gear reduction system for coupling an output shaft of a brushless DC motor to an input shaft of a linear displacement piston pump.
Figure 4 is a perspective view of the pumping system of Figure 3 showing the rack gear of the input shaft and the pinion gear of the output shaft connected by the gear reduction system.
5A is a graph showing the input current polarity versus time to the brushless DC motor of FIGS. 2-4.
Figure 5B is a graph showing the stroke versus time of the pump shaft of the linear displacement piston pump of Figures 2-4.

도 1은 전기 모터(14) 및 운동 변환기(16)에 의해 구동되는 용적식 펌프(12)를 갖춘 펌핑 시스템(10)의 개략도이다. 펌프(12)는 저장소(18)로부터 페인트와 같은 유체를 흡입하고, 가압 유체를 분무기(20)로 전달한다. 분무기(20)에 의해 소비되지 않은 유체는 저장소(18)로 복귀된다. 모터(14)의 구동 샤프트(22)와 펌프(12)의 펌프 샤프트(24)가 변환기(16)에 기계적으로 결합된다. 변환기(16)는 구동 샤프트(22)의 회전으로부터 펌프 샤프트(24)의 정변위(positive displacement)를 생성한다. 펌프(12)의 출구(26) 및 입구(28)가 각각 유체 라인(30A, 30B)을 통해 저장소(18)에 연결된다. 분무기(20)는 호스(32)에 의해 유체 라인(30A)에 결합된다. 모터(14)는 위치 센서(35)를 포함하는 컨트롤러(34)에 의해 전자적으로 제어된다.Figure 1 is a schematic diagram of a pumping system 10 with a positive displacement pump 12 driven by an electric motor 14 and a motion transducer 16. The pump 12 draws a fluid, such as paint, from the reservoir 18 and delivers the pressurized fluid to the atomizer 20. The fluid not consumed by the atomizer 20 is returned to the reservoir 18. The drive shaft 22 of the motor 14 and the pump shaft 24 of the pump 12 are mechanically coupled to the transducer 16. The transducer 16 produces a positive displacement of the pump shaft 24 from rotation of the drive shaft 22. The outlet 26 and inlet 28 of the pump 12 are connected to the reservoir 18 via fluid lines 30A and 30B, respectively. The sprayer 20 is coupled to the fluid line 30A by a hose 32. [ The motor 14 is electronically controlled by a controller 34 including a position sensor 35. [

전기 모터(14)는 구동 샤프트(22)에 원동력을 제공하기 위해 컨트롤러(34)로부터 전력을 공급받는다. 개시된 실시예에서, 모터(14)는 샤프트(22)가 중심축을 중심으로 회전하는 회전 모터를 포함한다. 컨트롤러(34)는 모터(14)에 제공되는 전류를 제어하여 모터(14)에 전기적으로 결합되어, 샤프트(22)의 회전을 제어한다. 도 2-4에 관하여 기술되는 실시예에서, 모터(14)는 브러시리스 직류(DC) 전기 모터를 포함한다. 그러나, 모터(14)는 브러시 DC 모터 또는 영구 자석 교류(AC) 모터를 포함할 수 있다.The electric motor 14 is supplied with power from the controller 34 to provide driving force to the driving shaft 22. [ In the disclosed embodiment, the motor 14 includes a rotary motor in which the shaft 22 rotates about a central axis. The controller 34 controls the current supplied to the motor 14 to be electrically coupled to the motor 14 to control the rotation of the shaft 22. [ 2-4, the motor 14 includes a brushless direct current (DC) electric motor. However, the motor 14 may comprise a brush DC motor or a permanent magnet alternating current (AC) motor.

샤프트(22)의 회전은 변환기(16) 내의 변환 메커니즘을 회전시킨다. 변환기(16)는 샤프트(22)의 회전 운동을 샤프트(24)의 선형 운동으로 변화시킨다. 구체적으로, 변환기(16)는 샤프트(22)의 일방향 회전을 단일 방향으로의 샤프트(24)의 변위로 변환시킨다. 도 2-4에 관하여 기술되는 실시예에서, 변환기(16)는 랙 및 피니언 시스템을 포함하며, 여기서 샤프트(22)는 펌프 샤프트(24)에 결합되는 선형 기어 랙과 서로 맞물리는 피니언 기어를 회전시킨다. 변환기(16)는 전형적으로 또한 예를 들어 구동 샤프트(22)에 대한 펌프 샤프트(24)의 속도를 감소시키는 기어 감속 시스템을 포함한다. 그러나, 변환기(16)는 캠 시스템 또는 크랭크 시스템과 같은 다른 유형의 변환 시스템을 포함할 수 있다.The rotation of the shaft 22 rotates the conversion mechanism in the transducer 16. The transducer 16 converts the rotational motion of the shaft 22 into a linear motion of the shaft 24. In particular, the transducer 16 converts the unidirectional rotation of the shaft 22 into the displacement of the shaft 24 in a single direction. 2-4, the transducer 16 includes a rack and pinion system, wherein the shaft 22 includes a linear gear rack coupled to the pump shaft 24 and a pinion gear meshing with each other, . The transducer 16 typically also includes a gear reduction system, for example to reduce the speed of the pump shaft 24 relative to the drive shaft 22. However, the transducer 16 may include other types of conversion systems, such as a cam system or a crank system.

변환기(16)는 펌프(12)의 펌프 샤프트(24)에 결합된다. 펌프(12)는 샤프트(24)의 왕복 운동이 펌핑 챔버를 팽창시키고 수축시키는 용적식 펌프를 포함한다. 도 2-4에 관하여 기술되는 실시예에서, 펌프(12)는 피스톤이 유체를 입구(28) 내로 흡입하기 위해 그리고 압축된 유체를 출구(26)로부터 밀어내기 위해 실린더 내에 배치되는 선형 변위 피스톤 펌프를 포함한다. 그러나, 펌프(12)는 다이아프램 펌프와 같은 다른 유형의 용적식 펌프를 포함할 수 있다.The transducer 16 is coupled to the pump shaft 24 of the pump 12. The pump 12 includes a positive displacement pump that reciprocating motion of the shaft 24 causes the pumping chamber to expand and contract. 2-4, the pump 12 includes a linear displacement piston pump (not shown) disposed in the cylinder for drawing the fluid into the inlet 28 and for pushing the compressed fluid out of the outlet 26. In this embodiment, . However, the pump 12 may include other types of positive displacement pumps, such as a diaphragm pump.

가압 유체는 펌프 출구(26)로부터 배출된다. 가압 유체는 유체 라인(30A)을 통해 저장소(18)로 압송된다. 펌프(12)는 비가압 유체를 펌프(12)의 펌핑 메커니즘에 의해 저장소(18)로부터 유체 라인(30B) 및 입구(28)를 통해 흡입한다. 분무기(20)는 가압 유체를 유체 라인(30A)으로부터 흡입하기 위해 저장소(18)와 병렬로 연결된다. 분무기(20)는 저장소(18)의 유체를 분배하기 위해 선택적으로 작동된다. 분무기(20)는 직접 수동으로 작동될 수 있거나, 자동화된 분무 공정의 일부로서 컨트롤러에 의해 작동될 수 있다.The pressurized fluid is discharged from the pump outlet (26). The pressurized fluid is sent to the reservoir 18 through the fluid line 30A. The pump 12 sucks the non-pressurized fluid from the reservoir 18 via the fluid line 30B and inlet 28 by the pumping mechanism of the pump 12. Sprayer 20 is connected in parallel with reservoir 18 to draw pressurized fluid from fluid line 30A. The sprayer 20 is selectively activated to dispense the fluid in the reservoir 18. The atomizer 20 may be operated manually, directly, or may be operated by the controller as part of an automated atomization process.

본 발명에서, 시스템(10)은 피스톤 펌프(12)와 같은 왕복 펌프를 구동시키기 위해, 변환기(16)와 같은 선형 액추에이터에 동력을 공급하는 브러시리스 DC 모터(14)와 같은 가역 전기 모터를 사용한다. 브러시리스 DC 모터를 사용하는 실시예에서, 컨트롤러(34)는 왕복 운동을 생성하기 위해 모터(14)에 역전하는 전류를 제공하도록 작동된다. 보다 구체적으로, 컨트롤러(34)는 샤프트(22)의 회전 방향의 변화를 일으키기 위해 모터(14)를 가로질러 전류 흐름 방향을 역전시킨다. 브러시리스 DC 모터는 낮은 관성을 갖고, 전류 흐름 방향의 변화에 신속히 응하여 방향을 역전시킬 수 있다. 또한, 브러시리스 DC 모터는 영속도(zero speed)에서 전체 범위의 토크를 제공하여, 펌프(12)가 소음, 비용 및 착빙(ice) 문제없이 공압 모터의 반응을 모사하는 전체 압력을 유지시킬 수 있게 한다. 브러시리스 DC 모터는 또한 인가 전류와 샤프트 토크 사이의 직접적인 관계를 갖는다. 따라서, 모터(14)의 일정한 토크(그리고 전류) 출력이 펌프(12)에서 일정한 압력 출력을 유지시킬 때 모터(14)의 속도만이 변화될 것이다. 또한, 본 발명의 다른 태양에서, 컨트롤러(35)는 펌프(12)의 역전이 시스템(10)의 내부 구성요소의 마모를 감소시키기 위해 랜덤화되거나 변화될 수 있도록 펌프 샤프트(24)의 위치를 모니터하기 위해 위치 센서(35)를 사용한다.In the present invention, the system 10 utilizes a reversible electric motor, such as a brushless DC motor 14, that powers a linear actuator, such as a converter 16, to drive a reciprocating pump, do. In an embodiment using a brushless DC motor, the controller 34 is operated to provide a current that reverses the motor 14 to create a reciprocating motion. More specifically, the controller 34 reverses the direction of current flow across the motor 14 to cause a change in the rotational direction of the shaft 22. Brushless DC motors have low inertia and can quickly reverse directions in response to changes in current flow direction. The brushless DC motor also provides a full range of torque at zero speed so that the pump 12 can maintain the total pressure that simulates the response of the pneumatic motor without noise, Let's do it. Brushless DC motors also have a direct relationship between applied current and shaft torque. Thus, only the speed of the motor 14 will change as the constant torque (and current) output of the motor 14 maintains a constant pressure output at the pump 12. [ In another aspect of the present invention, the controller 35 is configured to determine the position of the pump shaft 24 so that the reversal of the pump 12 can be randomized or varied to reduce wear of the internal components of the system 10. [ Use the position sensor 35 to monitor.

도 2는 선형 변위 피스톤 펌프(12)가 브러시리스 DC 모터(14)에 의해 구동되는 도 1의 구성에 따른 펌핑 시스템(10)의 사시도이다. 펌프(12)와 모터(14)는 또한 운동 변환기(16)(미도시)를 내장하는 하우징(36) 내에 내장된다. 변환기(16)는 하우징(36) 내에 장착되는 기어 감속 시스템(38)을 포함한다. 샤프트(40, 42)를 포함하는 기어 감속 시스템(38)은 모터(14)의 피니언 기어를 펌프(12)의 랙 기어에 연결한다. 펌프(12)는 입구(28), 출구(26), 피스톤 실린더(44), 및 펌프(12)를 위한 입력 샤프트(도 3)를 내장하는 샤프트 실드(shield)(46)를 포함한다. 펌프(12)는 타이 로드(50A, 50B, 50C)(도 3)를 통해 하우징(36)에 조립된다. 타이 로드(50A-50C)는 실드(46) 내의 펌프 샤프트(24)가 모터(14)에 의해 변환기(16) 및 기어 감속 시스템(38)을 통해 작동될 수 있도록 펌프(12)를 하우징(36)에 대해 고정되게 유지시킨다.2 is a perspective view of a pumping system 10 in accordance with the configuration of FIG. 1 in which a linear displacement piston pump 12 is driven by a brushless DC motor 14. FIG. The pump 12 and the motor 14 are also housed in a housing 36 incorporating a motion transducer 16 (not shown). The transducer 16 includes a gear reduction system 38 mounted within the housing 36. The gear reduction system 38 including the shafts 40 and 42 connects the pinion gears of the motor 14 to the rack gears of the pump 12. The pump 12 includes a shaft shield 46 incorporating an inlet 28, an outlet 26, a piston cylinder 44, and an input shaft for the pump 12 (FIG. 3). The pump 12 is assembled to the housing 36 via tie rods 50A, 50B, and 50C (FIG. 3). The tie rods 50A-50C are configured to allow the pump 12 to move from the housing 36 to the housing 36 so that the pump shaft 24 within the shield 46 can be actuated by the motor 14 via the transducer 16 and the gear reduction system 38. [ Lt; / RTI >

도 3은 브러시리스 DC 모터(14)의 구동 샤프트(22)를 선형 변위 피스톤 펌프(12)의 펌프 샤프트(24)에 결합시키기 위한 기어 감속 시스템(38)을 도시한 도 2의 펌핑 시스템(10)의 분해도이다. 변환기(16)(도 1)는 제1 기어 세트(56) 및 제2 기어 세트(58)를 포함하는 기어 감속 시스템(38)을 포위한다. 하우징(36)은 주 하우징(36A), 기어 커버(36B) 및 모터 커버(36C)를 포함한다.Figure 3 shows the pumping system 10 of Figure 2 showing the gear reduction system 38 for coupling the drive shaft 22 of the brushless DC motor 14 to the pump shaft 24 of the linear displacement piston pump 12. [ Fig. The converter 16 (Figure 1) encircles a gear reduction system 38 including a first gear set 56 and a second gear set 58. The housing 36 includes a main housing 36A, a gear cover 36B and a motor cover 36C.

모터(14)는 구동 샤프트(22)가 개구(60A)를 통해 연장되어 기어 감속 시스템(38)을 구동시키기 위한 출력 샤프트를 제공하도록 주 하우징(36A) 내의 캐비티 내로 삽입된다. 모터 커버(36C)는 모터(14)를 둘러싸도록 주 하우징(36A)에 맞대어져 위치된다. 제1 기어 세트(56)의 샤프트(40)는 주 하우징(36A) 내의 개구(60B)와 기어 커버(36B) 내의 개구(60C) 사이에 고정된다. 제2 기어 세트(58)의 샤프트(42)는 기어 커버(36B) 내의 개구(60D)에 고정되고, 주 하우징(36A)의 캐비티(62) 내로 연장된다. 펌프 샤프트(24)는 펌프(12)의 작동을 위한 입력 샤프트를 제공한다. 펌프(12)의 펌프 샤프트(24)의 제1 단부가 주 하우징(36A)의 캐비티(62) 내로 연장되고, 랙 기어[도 4의 랙 기어(70) 참조]를 통해 제2 기어 세트(58)에 결합된다. 펌프 샤프트(24)의 제2 단부가 피스톤(미도시)을 작동시키기 위해 실드(46)를 통해 피스톤 실린더(44) 내로 연장된다. 타이 로드(50A-50C)는 펌프(12)의 플랫폼(64)을 주 하우징(36A)의 기부(66)에 연결한다. 실드 피스(46A, 46B)는 타이 로드(50A-50C) 사이에서 펌프 샤프트(24) 주위에 위치된다. 펌프(12)의 입력부(28)가 유체 라인(30B)(도 1)과 같은 비가압 유체의 공급원에 결합된다. 펌프(12)의 출구(26)가 분무기(20)(도 1)와 같은 유체 분배기에 결합된다.The motor 14 is inserted into the cavity in the main housing 36A so that the drive shaft 22 extends through the opening 60A to provide an output shaft for driving the gear reduction system 38. [ The motor cover 36C is positioned against the main housing 36A so as to surround the motor 14. [ The shaft 40 of the first gear set 56 is fixed between the opening 60B in the main housing 36A and the opening 60C in the gear cover 36B. The shaft 42 of the second gear set 58 is fixed to the opening 60D in the gear cover 36B and extends into the cavity 62 of the main housing 36A. The pump shaft 24 provides an input shaft for operation of the pump 12. The first end of the pump shaft 24 of the pump 12 extends into the cavity 62 of the main housing 36A and the second gear set 58 (see FIG. 4) ). A second end of the pump shaft 24 extends through the shield 46 into the piston cylinder 44 to actuate the piston (not shown). The tie rods 50A-50C connect the platform 64 of the pump 12 to the base 66 of the main housing 36A. The shield pieces 46A and 46B are positioned around the pump shaft 24 between the tie rods 50A-50C. The input 28 of the pump 12 is coupled to a source of non-pressurized fluid, such as fluid line 30B (Figure 1). The outlet 26 of the pump 12 is coupled to a fluid dispenser such as the atomizer 20 (FIG. 1).

일 실시예에서, 모터(14)는 구동 샤프트(22)가 펌프 샤프트(24)에 수직하도록 하우징(32) 내에 장착된다. 예를 들어, 시스템(10)은 바닥과 같은 평평한 표면 위에서 작동되도록 의도된다. 펌프 샤프트(24)는 평평한 표면에 대체로 수직하게 구성된다. 이에 의해 모터(14)는 전형적으로 샤프트(24)에 수직하게 그리고 평평한 표면과 평행하게 장착된다. 따라서, 샤프트(22)의 회전이 예를 들어 랙 및 피니언 시스템의 사용에 의해 샤프트(24)의 상하 선형 병진 운동으로 쉽게 변환될 수 있다. 모터(14)는 구동 샤프트(22)를 회전시켜, 제1 기어 세트(56)에 회전을 제공한다. 제1 기어 세트(56)는 제2 기어 세트(58)의 회전을 유발하여, 랙 기어(미도시)를 통한 펌프(12)의 펌프 샤프트(24)의 운동을 유발한다. 펌프 샤프트(24)는 실린더(44) 내에서 피스톤을 비가압 유체를 입구(28) 내로 흡입하도록 그리고 가압 유체를 출구(26) 밖으로 밀어내도록 구동시킨다. 본 발명의 일 실시예에서, 펌프(12)는 그라코 인크.로부터 상업상 이용가능한 바와 같은 4-볼 피스톤 펌프를 포함한다. 4-볼 피스톤 펌프의 일례가 그라코 인크.에게 양도된, 파워즈(Powers)에게 허여된 미국 특허 제5,368,424호에 대체로 기재되어 있다. 실드 피스(46A, 46B)는 특히 쓰레기, 먼지 및 잔해가 펌프 샤프트(24)를 위한 출입구를 통해 펌프 실린더(44) 내로 들어가지 못하도록 보호한다. 타이 로드(50A-50C)는 기어 감속 시스템(38)을 비롯한 변환기(16)가 펌프 샤프트(24)를 실린더(44)에 대해 왕복 운동시킬 수 있도록 펌프(12)를 하우징(36)으로부터 이격시켜 견고하게 유지시킨다. 이에 의해 타이 로드(50A-50C)는 모터(14)에 의해 생성되고 그리고 펌프(12)에 인가되는 힘에 반응한다. In one embodiment, the motor 14 is mounted within the housing 32 such that the drive shaft 22 is perpendicular to the pump shaft 24. For example, the system 10 is intended to operate on a flat surface such as a floor. The pump shaft 24 is configured to be generally perpendicular to the flat surface. Whereby the motor 14 is typically mounted parallel to the shaft 24 and parallel to the flat surface. Thus, the rotation of the shaft 22 can be easily converted into up and down linear translation of the shaft 24, for example by use of a rack and pinion system. The motor 14 rotates the drive shaft 22 to provide rotation to the first gear set 56. The first gear set 56 causes rotation of the second gear set 58 and causes movement of the pump shaft 24 of the pump 12 through a rack gear (not shown). The pump shaft 24 drives the piston in the cylinder 44 to draw the non-pressurized fluid into the inlet 28 and push the pressurized fluid out of the outlet 26. In one embodiment of the present invention, the pump 12 comprises a four-ball piston pump as commercially available from Graco Inc .; An example of a four-ball piston pump is described generally in U. S. Patent No. 5,368, 424 to Powers, assigned to Graco Inc. The shield pieces 46A and 46B protect particularly the trash, dust and debris from entering the pump cylinder 44 through the entrance for the pump shaft 24. Tie rods 50A-50C allow pump 12 to be spaced from housing 36 such that transducer 16, including gear reduction system 38, can reciprocate pump shaft 24 relative to cylinder 44 Keep it firm. Whereby the tie rods 50A-50C are generated by the motor 14 and are responsive to the force applied to the pump 12.

조립된 때, 기어 감속 시스템(38)은 구동 샤프트(22)의 피니언 기어(68)와 펌프 샤프트(24)의 랙 기어(70)(도 4) 사이의 동력 전달 커플링을 제공한다. 구체적으로, 피니언 기어(68)가 기어 세트(56)의 입력 기어(56A)에 연결된다. 출력 기어(56B)가 기어 세트(58)의 입력 기어(58A)에 연결되어, 출력 기어(58B)를 구동시킨다. 출력 기어(58B)는 랙 기어(70)에 회전 입력을 제공한다. 따라서, 모터(14)에 의한 샤프트(22)의 회전이 샤프트(24)의 선형 변위를 유발한다. 기어 감속 시스템(38)을 비롯한 변환기(16)는 샤프트(24)의 단일 운동 방향이 샤프트(22)의 단일 회전 방향과 상관되도록 샤프트(22)로부터 샤프트(24)로의 힘의 일방향 전달만을 제공한다. 모터(14)에 의한 샤프트(22)의 회전 방향은 샤프트(24)의 반복되는 왕복 운동이 실린더(44) 내의 피스톤의 펌핑 작용을 제공하도록 하기 위해 컨트롤러(34)(도 1)에 의해 역전된다.When assembled, the gear reduction system 38 provides power transmission coupling between the pinion gear 68 of the drive shaft 22 and the rack gear 70 (FIG. 4) of the pump shaft 24. Specifically, the pinion gear 68 is connected to the input gear 56A of the gear set 56. [ An output gear 56B is connected to the input gear 58A of the gear set 58 to drive the output gear 58B. The output gear 58B provides a rotational input to the rack gear 70. [ Thus, the rotation of the shaft 22 by the motor 14 causes a linear displacement of the shaft 24. The transducer 16 including the gear reduction system 38 provides only a one-way transmission of force from the shaft 22 to the shaft 24 such that the single direction of movement of the shaft 24 is correlated with the single direction of rotation of the shaft 22. [ . The direction of rotation of the shaft 22 by the motor 14 is reversed by the controller 34 (Figure 1) so that the repeated reciprocating motion of the shaft 24 provides the pumping action of the piston in the cylinder 44 .

도 4는 기어 감속 시스템(38)에 의해 연결되는 구동 샤프트(22)(도 3)의 피니언 기어(68)와 펌프 샤프트(24)의 랙 기어(70)를 도시한 도 3의 펌핑 시스템(10)의 사시도이다. 펌핑 시스템(10)의 구성요소의 조립을 볼 수 있도록 하우징(36)을 도 4에 도시하지 않았다. 모터(14)에 의한 구동 샤프트(22)의 회전은 펌프(12)의 펌프 샤프트(24)의 병진 운동을 유발한다. 모터(14)는 구동 샤프트(22)의 교번하는 쌍방향 또는 양방향 회전을 유발하기 위해 컨트롤러(34)(도 1)로부터 DC 전류의 역전하는 흐름을 공급받는다.Figure 4 shows the pumping system 10 (Figure 3) of Figure 3 showing the pinion gear 68 of the drive shaft 22 (Figure 3) and the rack gear 70 of the pump shaft 24 connected by a gear reduction system 38 FIG. The housing 36 is not shown in Fig. 4 so that the assembly of the components of the pumping system 10 can be seen. Rotation of the drive shaft 22 by the motor 14 causes translational movement of the pump shaft 24 of the pump 12. The motor 14 is supplied with a reversing flow of DC current from the controller 34 (Fig. 1) to cause an alternate bidirectional or bi-directional rotation of the drive shaft 22. [

제1 시간 주기 동안, DC 전류의 제1 방향 흐름이 모터(14)에 제공되어, 샤프트(22)의 시계 방향으로의 회전을 유발하여서, 궁극적으로 펌프(12)의 펌프 샤프트(24)를 도 4에 대해 상향으로 이동시킬 것이다. 피니언 기어(68)의 시계 방향으로의 회전은 입력 기어(56A)의 반시계 방향으로의 회전을 유발한다. 입력 기어(56A)는 피니언 기어(68)의 그것에 비해 기어(56A)의 보다 큰 직경으로 인해 보다 느린 속도로 회전한다. 입력 기어(56A)와 출력 기어(56B)는 출력 기어(56B)가 입력 기어(56A)와 동일한 속도로 반시계 방향으로 회전하도록 샤프트(40) 상에 장착된다. 출력 기어(56B)는 출력 기어(56B)의 반시계 방향 회전이 입력 기어(58A)의 시계 방향 회전을 유발하도록 제2 기어 세트(58)의 입력 기어(58A)와 맞물린다. 입력 기어(58A)는 입력 기어(58A)가 출력 기어(56B)보다 느린 속도로 회전하도록 출력 기어(56B)보다 큰 직경을 갖는다. 입력 기어(58A)와 출력 기어(58B)는 출력 기어(58B)가 입력 기어(58A)와 동일한 속도로 시계 방향으로 회전하도록 샤프트(42) 상에 장착된다. 따라서, 출력 기어(58B)의 시계 방향 회전 속도가 피니언 기어(68)의 시계 방향 회전 속도에 비해 감소된다. 특정 속도 감소는 모터(14) 및 펌프(12)의 특정 파라미터와 시스템(10)의 원하는 출력에 의존한다. 출력 기어(58B)는 시계 방향으로 회전되어, 랙 기어(70)를 도 4의 배향에 관해 상향으로 밀어낸다.During the first time period, a first directional flow of DC current is provided to the motor 14 to cause the clockwise rotation of the shaft 22 to ultimately cause the pump shaft 24 of the pump 12 to rotate 4 < / RTI > The clockwise rotation of the pinion gear 68 causes the counterclockwise rotation of the input gear 56A. The input gear 56A rotates at a slower speed due to the larger diameter of the gear 56A compared to that of the pinion gear 68. [ The input gear 56A and the output gear 56B are mounted on the shaft 40 such that the output gear 56B rotates counterclockwise at the same speed as the input gear 56A. The output gear 56B meshes with the input gear 58A of the second gear set 58 so that the counterclockwise rotation of the output gear 56B causes the clockwise rotation of the input gear 58A. The input gear 58A has a larger diameter than the output gear 56B so that the input gear 58A rotates at a slower speed than the output gear 56B. The input gear 58A and the output gear 58B are mounted on the shaft 42 such that the output gear 58B rotates clockwise at the same speed as the input gear 58A. Therefore, the clockwise rotation speed of the output gear 58B is reduced in comparison with the clockwise rotation speed of the pinion gear 68. [ The specific speed reduction depends on the particular parameters of the motor 14 and the pump 12 and on the desired output of the system 10. [ The output gear 58B is rotated clockwise to push the rack gear 70 upward with respect to the orientation of Fig.

랙 기어(70)의 상향 운동은 또한 펌프 샤프트(24)를 상향으로 압송시킨다. 펌프 샤프트(24)가 상향으로 이동하는 거리는 컨트롤러(34)에 의해 모터(14)가 샤프트(22)를 제1 방향으로 회전시키는 시간 주기와 직접적으로 상관된다. 따라서, 펌프 샤프트(24) 또는 실린더(44) 내의 피스톤의 스트로크 길이는 전류가 주어진 방향으로 모터(14)에 제공되는 시간의 길이에 직접적으로 대응한다. 샤프트(24)는 유체를 입구(28)에서 실린더(44) 내로 흡입하기 위해 펌프(12)로부터 멀어지게 외향으로 이동한다.The upward movement of the rack gear 70 also urges the pump shaft 24 upward. The distance the pump shaft 24 moves upward is directly correlated with the time period by which the motor 14 rotates the shaft 22 in the first direction by the controller 34. Thus, the stroke length of the piston in the pump shaft 24 or in the cylinder 44 directly corresponds to the length of time that the current is provided to the motor 14 in a given direction. The shaft 24 moves outwardly away from the pump 12 to draw fluid into the cylinder 44 at the inlet 28.

샤프트(24)를 실린더(44) 내로 재삽입하고 가압 유체를 출구(26)에서 실린더(44) 밖으로 밀어내기 위해, 컨트롤러(34)는 모터(14)가 샤프트(22)의 회전 방향을 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 역전시키게 한다. 일 실시예에서, 컨트롤러(34)는 모터(14)를 통한 전류의 방향 흐름을 역전시킨다. 이는 당업계에 알려진 바와 같이 모터(14)의 전기자에서 전류의 극성을 역전시킴으로써 달성될 수 있다. 따라서, 랙 기어(70)가 제1 기어 세트(56) 및 제2 기어 세트(58)의 상호작용을 통해 하향으로 밀어내어져(도 4에 대해), 펌프 샤프트(24)를 실린더(44) 내로 밀어낸다. 따라서, 컨트롤러(34)(도 1)에 의해 지시되는 시간 주기 동안 전류의 연속 흐름을 모터(14)를 가로질러 반대 방향들로 교번시킴으로써 펌프 샤프트(24)의 선형 왕복 운동이 달성된다.The controller 34 controls the motor 14 to rotate the shaft 22 in the first direction to push the shaft 24 back into the cylinder 44 and push the pressurized fluid out of the cylinder 44 at the outlet 26. [ In a second direction opposite to the direction of the second direction. In one embodiment, the controller 34 reverses the direction flow of current through the motor 14. This can be accomplished by reversing the polarity of the current in the armature of the motor 14 as is known in the art. 4), the pump shaft 24 is pushed downwardly through the cylinder 44 (as shown in FIG. 4) by the interaction of the first gear set 56 and the second gear set 58, I push it out. Thus, a linear reciprocating motion of the pump shaft 24 is achieved by alternating the continuous flow of current across the motor 14 in the opposite directions for the time period indicated by the controller 34 (Fig. 1).

모터(14)에 대한 제어 파라미터가 펌프(12)의 원하는 출력에 기초하여 시스템(10)의 조작자에 의해 설정된다. 따라서, 컨트롤러(34)는 당업계에 알려진 바와 같이 프로세서, 메모리, 그래픽 디스플레이, 사용자 인터페이스, 메모리 등을 포함하는 컴퓨터 시스템을 포함한다. 모터(14)에 제공되는 전류의 크기, 전류의 극성(방향)의 교번, 및 각각의 극성의 전류가 모터(14)에 인가되는 시간의 길이가 컨트롤러(34)(도 1)에 의해 지시된다. 컨트롤러(34)는 각각의 극성에서 모터(14)에 대한 전류의 고정적인 크기를 유지시키도록 작동된다. 일정한 전류는 결과적으로 모터(14)가 일정한 토크 출력을 제공하게 한다. 구동 샤프트(22)로부터의 토크는 피니언 기어(68), 기어 감속 시스템(38) 및 랙 기어(70)에 의해 선형 관계로 직접 펌프 샤프트(24)로 전달된다. 따라서, 구동 샤프트(22)의 속도는 기어 감속 시스템(38)을 통해 펌프(12) 내의 압력으로부터 구동 샤프트(22)에 대해 반작용되는 힘에 의해 지시된다. 위에서 논의된 바와 같이, 브러시리스 DC 모터는 입력 전류의 변화에 신속히 반응하며, 이는 모터(14)가 방향을 신속히 역전시켜, 전반에 걸쳐 토크 출력을 유지시키면서, 중간의 짧은 순간 동안 물리적으로 회전을 정지(속도가 0과 동일한)시키도록 허용한다. 따라서, 브러시리스 DC 모터는 출력 샤프트의 회전을 펌프 샤프트의 양방향 왕복 병진 운동으로 변환시키기 위한 정교한 기계 장치의 필요없이 펌프 샤프트(24)의 왕복 운동으로 컨트롤러(34)에 의해 조작될 수 있다. 또한, 브러시리스 DC 모터는 종래 기술의 공기 모터보다 조용하고 동력을 덜 사용한다. 따라서, 펌핑 시스템(10)은 다른 시스템에 비해 소음 출력을 감소시키고 작동 비용을 개선한다.The control parameters for the motor 14 are set by the operator of the system 10 based on the desired output of the pump 12. Thus, the controller 34 includes a computer system including a processor, memory, graphic display, user interface, memory, and the like, as is known in the art. The length of the current supplied to the motor 14, the alternation of the polarity (direction) of the current, and the time for which the current of each polarity is applied to the motor 14 is indicated by the controller 34 (FIG. 1) . The controller 34 is operated to maintain a fixed magnitude of the current for the motor 14 at each polarity. The constant current results in the motor 14 providing a constant torque output. The torque from the drive shaft 22 is transmitted directly to the pump shaft 24 in a linear relationship by the pinion gear 68, the gear reduction system 38 and the rack gear 70. Thus, the speed of the drive shaft 22 is indicated by the force that is counteracted against the drive shaft 22 from the pressure in the pump 12 through the gear reduction system 38. As discussed above, the brushless DC motor responds quickly to changes in the input current, which causes the motor 14 to quickly turn the direction, physically rotate for a brief moment in the middle, while maintaining torque output throughout Allows a stop (speed equal to zero). Thus, the brushless DC motor can be operated by the controller 34 in the reciprocating motion of the pump shaft 24 without the need for a sophisticated mechanical device to convert the rotation of the output shaft into bi-directional reciprocating translations of the pump shaft. Brushless DC motors are also quieter and less power-less than prior art air motors. Thus, the pumping system 10 reduces noise power and improves operating costs over other systems.

도 5a는 도 2-4의 브러시리스 DC 모터(14)로의 입력 전류(i) 대 시간(t)을 도시한 그래프이다. 도 5b는 도 2-4의 선형 변위 피스톤 펌프(12)의 펌프 샤프트(24)의 스트로크(d) 대 시간(t)을 도시한 그래프이다. 도 5a에 관하여, 전류(i)의 크기는 모든 시점에서 대략 동일하다. 따라서, 샤프트(22)의 토크 출력이 대략 일정하다. 예를 들어, 시간 A에서, 컨트롤러(34)는 모터(14)를 통한 전류 흐름의 양의 흐름을 제공하도록 작동되며, 이는 기어링에 따라 펌프 샤프트(24)의 상향 운동을 유발한다. 이어서, 컨트롤러(34)는 즉시 양의 극성과 동일한 크기를 갖는 전류 흐름의 음의 흐름을 모터(14)를 가로질러 제공하도록 작동된다. 그러한 역전은 펌프 샤프트(24)의 하향 운동을 유발한다. 따라서, 시간 A와 시간 B 사이에서 하나의 완전한 펌프 역전 사이클이 일어난다. 전류(i)의 방향 흐름은 요망되는 만큼 긴 펌프 샤프트(24)의 연속 왕복 운동을 유발시키기 위한 시간 주기 동안 양의 흐름과 음의 흐름 사이에서 연속적으로 교번된다.FIG. 5A is a graph showing input current (i) vs. time (t) to the brushless DC motor 14 of FIGS. 2-4. FIG. 5B is a graph showing the stroke d versus time t of the pump shaft 24 of the linear displacement piston pump 12 of FIGS. 2-4. 5A, the magnitude of current i is approximately the same at all times. Therefore, the torque output of the shaft 22 is substantially constant. For example, at time A, the controller 34 is operated to provide a positive flow of current flow through the motor 14, which causes upward movement of the pump shaft 24 in accordance with the gearing. The controller 34 is then actuated to immediately provide a negative flow of the current flow with the same magnitude as the positive polarity across the motor 14. Such inversion causes downward movement of the pump shaft 24. Thus, a complete pump reversal cycle occurs between time A and time B. The directional flow of current i is continuously alternated between the positive and negative flows for a period of time to cause a continuous reciprocating motion of the pump shaft 24 as long as desired.

펌프 샤프트(24)의 상향 스트로크 및 하향 스트로크를 포함하는 펌프 역전 사이클이 한 쌍의 양의 전류 극성 및 음의 전류 극성에 의해 완료된다. 각각의 펌프 역전 사이클이 일어나는 시간의 양은 후술되는 바와 같이 시스템(10)의 성능의 이득을 달성하기 위해 변화될 수 있다. 도시된 실시예에서, 각각의 양의 극성 및 음의 극성이 도시된 시간 주기에 걸쳐 증가한다. 따라서, 제2 펌프 역전이 시간 B와 시간 C 사이에서 일어나고, 시간 A와 시간 B 사이의 제1 펌프 역전보다 길다. 각각의 후속 펌프 역전의 시간이 이전 펌프 역전에 비해 증가한다. 이는 도 5b에 도시된 바와 같이 펌프 샤프트(24)가 보다 큰 선형 길이를 횡단하여 실린더(44) 내에서의 피스톤의 스트로크 길이를 증가시키는 것에 해당한다. 이들 스트로크 길이의 변화는 펌프 샤프트(24)가 기어 감속 시스템(38) 내의 기어, 피니언 기어(68) 및 랙 기어(70)의 상이한 상호 맞물림 위치에서 방향을 역전시키게 하여, 기어링에서의 마모 분포를 개선한다.The pump reversing cycle including the upward stroke and the downward stroke of the pump shaft 24 is completed by a pair of positive and negative current polarities. The amount of time that each pump reversal cycle takes place may be varied to achieve a benefit of the performance of the system 10, as described below. In the illustrated embodiment, each positive and negative polarity increases over the time period shown. Thus, the second pump reversal takes place between time B and time C, and is longer than the first pump inversion between time A and time B. The time of each subsequent pump reversal increases relative to the previous pump reversal. This corresponds to increasing the stroke length of the piston in the cylinder 44 as the pump shaft 24 traverses a larger linear length, as shown in Fig. 5B. These changes in stroke length cause the pump shaft 24 to reverse direction at different intermeshing positions of the gears, pinion gears 68 and rack gears 70 in the gear reduction system 38, Improve.

도 5b에 관하여, 도시된 실선에 대해, 실린더(44) 내의 피스톤의 위치(d)가 시간 A로부터 시간 D로 크기가 증가하는 것으로 도시된다. 예를 들어, 시간 A와 시간 B 사이에서, 스트로크(d)는 특정 위치로 증가한 다음에 다시 시작 위치로 후퇴한다. 각각의 후속 펌프 역전이 스트로크(d)를 이전에 비해 증가시킨다. 따라서, 도 5a의 시간 A 내지 시간 B가 스트로크 길이 증가를 보여주는 도 5b의 동일한 기간에 해당한다. 스트로크 길이가 시간 D에서 모든 또는 대부분의 실린더(44)를 사용하도록 증가된 후, 스트로크 길이는 점진적으로 감소될 수 있다. 따라서, 도 5a 및 도 5b의 시간 A 내지 시간 B는 전류 간격 및 스트로크 길이를 점진적으로 단축시키기 위해 시간 D에서 수직축을 따라 거울 이미지화될 수 있다.With respect to Figure 5b, for the solid line shown, the position d of the piston in the cylinder 44 is shown increasing in size from time A to time D. [ For example, between time A and time B, stroke d increases to a specific position and then retreats back to the start position. Each subsequent pump reversal increases the stroke d compared to the previous one. Therefore, time A to time B in FIG. 5A corresponds to the same period of FIG. 5B showing the stroke length increase. After the stroke length is increased to use all or most of the cylinders 44 at time D, the stroke length can be gradually reduced. Thus, time A to time B in Figures 5A and 5B can be mirrored along the vertical axis at time D to gradually shorten the current interval and stroke length.

스트로크 길이를 변화시키는 것의 이득은 펌핑 시스템(10)의 마모 수명을 증가시키는 것을 포함한다. 특히, 변환기(16)의 기어의 마모 수명이 증가된다. 펌프 역전은 기어 치에, 특히 피니언 기어(68)에 충격 하중을 유발한다. 이는 펌프 역전 시간이 최소화되고 구동 샤프트(22)가 방향을 신속히 역전시킬 때 특히 그러하다. 펌프 샤프트(24)의 스트로크 길이를 변화시키는 것은 역전이 일어날 때 어느 기어 치가 맞물리는지를 변화시켜, 충격 하중을 보다 많은 수의 기어 치에 분배한다. 또한, 펌프 역전이 일어나는 펌핑 시스템(10) 내의 베어링 접촉 영역을 따른, 예를 들어 샤프트(24), 샤프트(40) 또는 샤프트(42)를 따른 위치가 변화되어, 시스템(10) 내의 베어링의 마모 수명을 증가시킬 것이다.The benefit of varying the stroke length includes increasing the wear life of the pumping system 10. [ In particular, the wear life of the gear of the transducer 16 is increased. The pump inversion causes an impact load on the gear teeth, particularly the pinion gear 68. This is especially true when the pump inversion time is minimized and the drive shaft 22 reverses direction rapidly. Changing the stroke length of the pump shaft 24 changes which gear teeth engage when the reversing occurs, and distributes the impact load to a greater number of gear teeth. The position along the bearing contact area in the pumping system 10 where the pump reversal occurs may also be changed along the shaft 24, shaft 40 or shaft 42, It will increase the life span.

도 5a 및 도 5b의 실선 선도는 사전결정된 패턴에 걸친 스크로크 길이의 선형의 균일한 변화를 보여준다. 도 5a에서 볼 수 있는 바와 같이, 시간 A와 시간 B 사이에서 완전한 펌프 역전이 일어났다. 각각의 역전 시간 주기가 양의 전류 흐름과 음의 전류 흐름 사이에서 동일하게 분할된다. 그러한 동일한 분배는 펌프 샤프트(24)가 실린더(44) 내의 피스톤을 엔드-아웃(end-out)시키거나 실린더의 단부에 충격을 주어 프로그램된 펌프 스트로크를 완료하기에 충분한 공간을 갖지 못하게 하지 않는 것을 보장한다. 그러나, 스트로크 길이는 랜덤하게 변화될 수 있거나, 불균일 패턴에 걸쳐 변화될 수 있다. 각각의 펌프 역전 내에서 양의 극성 및 음의 극성에 대한 시간 분포는 컨트롤러(34)가 피스톤의 절대 위치를 모니터하거나 실린더 내의 피스톤의 엔딩-아웃(ending-out)을 회피하는 프로그램 패턴을 구비하는 한 변화될 수 있다. 따라서, 컨트롤러(34)는 실린더(44)에 대한 펌프 샤프트(24)의 절대 위치를 모니터하기 위해 위치 센서(35)를 사용한다. 대안적으로, 실린더(44)가 피스톤의 위치를 모니터하기 위한 위치 센서를 구비할 수 있다.The solid line diagrams of Figures 5A and 5B show a linear variation of the scratch length over the predetermined pattern. As can be seen in FIG. 5A, a complete pump reversal occurred between time A and time B. Each inversion time period is equally divided between a positive current flow and a negative current flow. Such an equal distribution does not cause the pump shaft 24 to end-out the piston in the cylinder 44 or to impact the end of the cylinder to have sufficient space to complete the programmed pump stroke To be guaranteed. However, the stroke length can be varied randomly, or can vary over a non-uniform pattern. The time distribution for the positive polarity and negative polarity in each pump reversal has a program pattern in which the controller 34 monitors the absolute position of the piston or avoids the ending-out of the piston in the cylinder Can be changed. Thus, the controller 34 uses the position sensor 35 to monitor the absolute position of the pump shaft 24 relative to the cylinder 44. Alternatively, the cylinder 44 may have a position sensor for monitoring the position of the piston.

도 5b의 실선은 일례로서 변화하는 위치에서(피크의 팁에 의해 지시되는) 상향-스트로크로부터 하향-스트로크로의 변화를 보여주지만, 하향-스트로크로부터 상향-스트로크로의 변화는 항상 동일한 원래 위치에서(영축에서 밸리에 의해 지시되는) 일어난다. 그러나, 파선은 하향-스트로크로부터 상향-스트로크로의 변화가 상이한 위치에서 일어날 수 있음을 보여준다. 따라서, 스트로크 길이가 항상 실린더(44)의 전체 이용가능 공간 내에서 유지되지만, 각각의 스트로크 전환이 일어나는 위치는 변화될 수 있다. 따라서, 스트로크 길이의 크기가 변하게 될 수 있을 뿐만 아니라, 실린더(44)에 대한 샤프트(24)의 위치[그리고 변환기(16) 내의 기어링의 치의 맞물림]에 관하여, 스트로크 전환이 일어나는 위치도 또한 변하게 될 수 있다.The solid line in Figure 5b shows, as an example, a change from an up-stroke to a down-stroke (indicated by the tips of the peaks) in a varying position, but the change from down-stroke to up- (Dictated by the valley from the axis). However, the dashed line shows that the change from the down-stroke to the up-stroke can occur at different positions. Thus, although the stroke length is always maintained within the entire usable space of the cylinder 44, the position at which each stroke change takes place can be changed. Thus, not only can the magnitude of the stroke length be varied, but also with respect to the position of the shaft 24 relative to the cylinder 44 (and the engagement of the teeth of the gearing in the transducer 16) .

본 발명이 바람직한 실시예에 관하여 기술되었지만, 당업자는 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고서 형태 및 세부 사항에 있어 변화가 이루어질 수 있는 것을 인식할 것이다.While the invention has been described in terms of a preferred embodiment, those skilled in the art will recognize that changes may be made in form and detail without departing from the spirit and scope of the invention.

Claims (23)

펌프 시스템이며,
제1 회전 방향 및 반대 제2 회전 방향으로 가역적으로 회전가능한 출력 샤프트를 구비하는 전기 모터;
제1 선형 방향 및 반대 제2 선형 방향으로 이동가능한 입력 샤프트를 구비하는 펌프;
출력 샤프트를 입력 샤프트에 결합시키는 변환기 - 상기 변환기는,
출력 샤프트의 제1 회전 방향으로의 회전이 입력 샤프트를 제1 선형 방향으로 병진 운동시키고,
출력 샤프트의 제2 회전 방향으로의 회전이 입력 샤프트를 제2 선형 방향으로 병진 운동시키도록 출력 샤프트를 입력 샤프트에 결합시킴 - ; 및
입력 샤프트의 왕복 운동을 생성하기 위해 출력 샤프트의 회전을 반복하여 역전시키는 컨트롤러
를 포함하는 펌프 시스템.Pump system,
An electric motor having an output shaft reversibly rotatable in a first rotational direction and an opposite second rotational direction;
A pump having an input shaft movable in a first linear direction and an opposite second linear direction;
A transducer for coupling an output shaft to an input shaft,
Rotation of the output shaft in the first rotational direction translates the input shaft in the first linear direction,
Coupling an output shaft to the input shaft such that rotation of the output shaft in the second rotational direction causes the input shaft to translate in a second linear direction; And
A controller which repeatedly rotates the rotation of the output shaft to generate a reciprocating motion of the input shaft,
≪ / RTI > 제1항에 있어서,
펌프는 용적식 펌프를 포함하는 펌프 시스템.The method according to claim 1,
A pump system comprising a positive displacement pump. 제1항에 있어서,
변환기는 랙 및 피니언 시스템을 포함하는 펌프 시스템.The method according to claim 1,
The converter includes a rack and pinion system. 제3항에 있어서,
변환기는 기어 감속 시스템을 더 포함하는 펌프 시스템.The method of claim 3,
Wherein the converter further comprises a gear reduction system. 제4항에 있어서,
기어 감속 시스템은 2단 속도 감소 시스템을 포함하는 펌프 시스템.5. The method of claim 4,
The gear reduction system includes a two-speed reduction system. 제1항에 있어서,
전기 모터는 브러시리스 직류 모터를 포함하고,
컨트롤러는 출력 샤프트의 회전을 역전시키기 위해 전기 모터에 제공되는 전류의 전류 흐름 방향을 역전시키는 펌프 시스템.The method according to claim 1,
The electric motor includes a brushless DC motor,
The controller reverses the current flow direction of the current provided to the electric motor to reverse the rotation of the output shaft. 제6항에 있어서,
컨트롤러는 전기 모터의 일정한 토크 출력을 유지시키는 펌프 시스템.The method according to claim 6,
The controller maintains a constant torque output of the electric motor. 제6항에 있어서,
컨트롤러는 전류 흐름 방향 역전 사이의 시간 간격을 변화시키는 펌프 시스템.The method according to claim 6,
The controller changes the time interval between the current flow direction reversals. 제8항에 있어서,
컨트롤러는 역전마다 전류 흐름 방향 역전 사이의 시간을 변화시키는 펌프 시스템.9. The method of claim 8,
The controller changes the time between the current flow direction inversions every reverse pump system. 제9항에 있어서,
컨트롤러는 전류 흐름 방향 역전 사이의 시간을 상한 및 하한을 점차 증가시키고 점차 감소시키도록 변화시키는 펌프 시스템.10. The method of claim 9,
The controller changes the time between the current flow direction inversion so as to gradually increase and decrease the upper and lower limits. 펌프를 작동시키는 방법이며,
전기 모터로의 전류 흐름 방향을 반복하여 역전시켜 모터의 출력 샤프트의 회전을 시계 방향 및 반시계 방향으로 교번시키는 단계; 및
출력 샤프트의 교번 회전을 펌프 샤프트의 왕복 선형 운동으로 변환시키는 단계
를 포함하는 방법.A method of operating a pump,
Repeatedly reversing the direction of current flow to the electric motor to alternately rotate the output shaft of the motor in clockwise and counterclockwise directions; And
Converting the alternating rotation of the output shaft into a reciprocating linear motion of the pump shaft
≪ / RTI > 제11항에 있어서,
전기 모터는 브러시리스 직류 모터를 포함하고,
펌프는 용적식 펌프를 포함하는 방법.12. The method of claim 11,
The electric motor includes a brushless DC motor,
Wherein the pump comprises a positive displacement pump. 제11항에 있어서,
출력 샤프트의 교번 회전을 펌프 샤프트의 왕복 선형 운동으로 변환시키는 단계는,
피니언 기어를 출력 샤프트로 회전시키는 단계; 및
랙 기어를 피니언 기어로 병진 운동시키는 단계
를 포함하는 방법.12. The method of claim 11,
The step of converting the alternating rotation of the output shaft into a reciprocating linear motion of the pump shaft includes:
Rotating the pinion gear to an output shaft; And
The step of translating the rack gear into the pinion gear
≪ / RTI > 제11항에 있어서,
출력 샤프트의 시계 방향으로의 회전은 펌프 샤프트의 제1 방향으로의 선형 운동을 유발하고,
출력 샤프트의 반시계 방향으로의 회전은 펌프 샤프트의 제2 반대 방향으로의 선형 운동을 유발하는 방법.12. The method of claim 11,
Rotation of the output shaft in the clockwise direction causes linear movement of the pump shaft in the first direction,
Wherein the counterclockwise rotation of the output shaft causes a linear movement of the pump shaft in a second, opposite direction. 제11항에 있어서,
전기 모터로의 전류의 일정한 흐름을 제공하여 일정한 토크를 유지시키는 단계; 및
펌프에서 일정한 압력 출력을 유지시키는 단계
를 더 포함하는 방법.12. The method of claim 11,
Maintaining a constant torque by providing a constant flow of current to the electric motor; And
Maintaining a constant pressure output at the pump
≪ / RTI > 제11항에 있어서,
전류 흐름 방향 역전 사이의 시간을 변화시키는 단계
를 더 포함하는 방법.12. The method of claim 11,
Changing the time between the current flow direction inversion
≪ / RTI > 제16항에 있어서,
전류 흐름 방향 역전 사이의 시간은 규칙적 반복가능 패턴에 걸쳐 변화되는 주기.17. The method of claim 16,
Cycle in which the time between current flow direction inversion is varied over a regular repeatable pattern. 제17항에 있어서,
전류 흐름 방향 역전 사이의 시간은 상한과 하한 사이에서 점차 증가하고 점차 감소하는 방법.18. The method of claim 17,
The time between the current flow direction reversal gradually increases and decreases between the upper and lower limits. 제16항에 있어서,
전류 흐름 방향 역전 사이의 시간은 랜덤하게 변화되는 방법.17. The method of claim 16,
Wherein the time between the current flow direction reversals is changed randomly. 제16항에 있어서,
펌프 샤프트의 스트로크 길이의 크기를 변화시키는 단계
를 더 포함하는 방법.17. The method of claim 16,
Changing the size of the stroke length of the pump shaft
≪ / RTI > 제16항에 있어서,
펌프 샤프트가 선형 병진 운동을 역전시키는 펌프 샤프트의 전환 위치를 변화시키는 단계
를 더 포함하는 방법.17. The method of claim 16,
The step of changing the switching position of the pump shaft in which the pump shaft reverses the linear translational motion
≪ / RTI > 펌프 시스템이며,
회전 출력 샤프트를 구비하는 브러시리스 직류 전기 모터;
선형으로 변위가능한 입력 샤프트를 구비하는 용적식 펌프;
출력 샤프트의 시계 방향 회전이 입력 샤프트를 제1 방향으로 병진 운동시키고 출력 샤프트의 반시계 방향 회전이 입력 샤프트를 제2 반대 방향으로 병진 운동시키도록 출력 샤프트를 입력 샤프트에 결합시키는 랙 및 피니언 변환 시스템; 및
입력 샤프트의 왕복 병진 운동을 생성하기 위해 출력 샤프트의 회전 방향을 반복하여 역전시키는 컨트롤러
를 포함하는 펌프 시스템.Pump system,
A brushless DC electric motor having a rotation output shaft;
A positive displacement pump having a linearly displaceable input shaft;
Wherein a clockwise rotation of the output shaft translates the input shaft in a first direction and a counterclockwise rotation of the output shaft couples the output shaft to the input shaft to translate the input shaft in a second counter- ; And
A controller for repeatedly reversing the rotational direction of the output shaft to generate reciprocating translational motion of the input shaft,
≪ / RTI > 제22항에 있어서,
랙 및 피니언 변환 시스템은,
출력 샤프트에 결합되는 피니언 기어;
입력 샤프트에 결합되는 랙 기어; 및
피니언 기어 및 랙 기어에 결합되는 기어 감속 시스템
을 포함하는 펌프 시스템.23. The method of claim 22,
The rack and pinion conversion system,
A pinion gear coupled to the output shaft;
A rack gear coupled to the input shaft; And
Gear deceleration system coupled to pinion gears and rack gears
≪ / RTI >
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